Влияние температуры быстрого термического отжига на электрофизические свойства омического контакта металлизации Ti/Al/Ni к гетероструктуре GaN/AlGaN

Измерениями по методу длинной линии и вторичной ионной масс-спектроскопии установлено влияние температуры быстрого термического отжига на электрофизические свойства омического контакта металлизации Ti/Al/Ni с толщинами слоев 20/120/40 нм к гетероструктуре GaN/AlGaN с двумерным электронным газом на сапфировой подложке. Быстрый термический отжиг образцов проводили в среде азота при температуре в диапазоне от 850 до 900 °C в течение 60 с. Установлено, что на исходных образцах между металлизацией и двумерным электронным газом располагается высокоомный слой гетероструктуры толщиной порядка 25 нм, препятствующий формированию омического контакта. После быстрого термического отжига при температуре менее 862,5 °C происходит взаимодействие компонентов металлизации друг с другом и гетероструктурой, приводящее к уменьшению толщины высокоомного слоя гетероструктуры до 15–20 нм и нелинейности вольт-амперных характеристик. При температуре быстрого термического отжига от 862,5 до 875 °C толщина высокоомного слоя гетероструктуры уменьшается до нескольких единиц нанометров за счет взаимодейтвия компонентов металлизации Ti/Al/Ni с гетероструктурой, что способствует туннелированию носителей заряда и формированию качественного омического контакта с удельным сопротивлением порядка 1⸱10^–4 Ом∙см². При увеличении температуры быстрого термического отжига более 875 °C взаимодействие компонентов металлизации и гетероструктуры происходит по всей глубине, двумерный электронный газ деградирует, а вольт-амперная характеристика контакта становится нелинейной. Полученные результаты могут быть использованы в технологии создания изделий на основе GaN с двумерным электронным газом. 

1. Liu A.-C., Tu P.-T., Langpoklakpam C., Huang Y.-W., Chang Y.-T., Tzou A.-J., Hsu L.-H., Lin C.-H., Kuo H.-C., Chang E.Y. The evolution of manufacturing technology for gan electronic devices. Micromachines. 2021;12:737. DOI:10.3390/mi12070737.

2. Greco G., Iucolano F., Roccaforte F. Ohmic contacts to Gallium Nitride materials. Applied Surface Science. 2016;383:24-345. DOI:10.1016/j.apsusc.2016.04.016.

3. Placidi M., Pérez-Tomás A., Constant A., Rius G., Mestres N., Millán J. & Godignon P. Effects of cap layer on ohmic Ti/Al contacts to Si+ implanted GaN. Applied Surface Science. 2009;255(12):6057-6060. DOI:10.1016/j.apsusc.2008.12.084.

4. Seo H.-C., Chapman P., Cho H.-I., Lee J.-H. & Kim K. (Kevin). Ti-based nonalloyed Ohmic contacts for Al0.15Ga0.85N∕GaN high electron mobility transistors using regrown n+-GaN by plasma assisted molecular beam epitaxy. Applied Physics Letters. 2008;93(10):102102. DOI:10.1063/1.2979702.

5. Lee H.-S., Lee D. S. & Palacios T. AlGaN/GaN High-Electron-Mobility Transistors Fabricated Through a Au-Free Technology. IEEE Electron Device Letters. 2011;32(5):623-625. DOI:10.1109/led.2011.2114322.

6. Li Y., Ng G.I., Arulkumaran S., Kumar C.M.M., Ang K.S., Anand M. J., Wang, H., Hofstetter R., Ye G. Low-Contact-Resistance Non-Gold Ta/Si/Ti/Al/Ni/Ta Ohmic Contacts on Undoped AlGaN/GaN High-Electron-Mobility Transistors Grown on Silicon. Applied Physics Express. 2013;6(11):116501. DOI:10.7567/apex.6.116501.

7. Greco G., Giannazzo F., Iucolano F., Lo Nigro R. & Roccaforte F. Nanoscale structural and electrical evolution of Ta- and Ti-based contacts on AlGaN/GaN heterostructures. Journal of Applied Physics. 2013;114(8):083717. DOI:10.1063/1.4819400.

8. Schroder, Dieter K. Semiconductor material and device characterizatio. Third Edition. USA: A WileyInterscience Publication; 2006:141-142.